Por que a falta de aviões mais rápidos movidos a pistão?

O requisito de energia de um avião cresce com o cubo de velocidade. Quando você voa rápido com um avião que precisa estar em conformidade com uma velocidade mínima definida pelos regulamentos , seu coeficiente de arrasto é quase constante, então voar mais rápido faz duas coisas em uma aeronave de hélice:

1. O arrastamento sobe com a pressão dinâmica, que é proporcional à velocidade ao quadrado
2. O impulso diminui com o inverso da velocidade.

A potência é impulsionada vezes a velocidade, por isso, se os 350 hp chegarem a 210 nós, dobrar a potência instalada pode levar apenas a 264 nós. Uma turbina ainda pode fazer uso limitado da pressão dinâmica aumentada pela recuperação de aríete , então aqui a pressão a diminuição da velocidade não é tão ruim quanto para os motores a pistão.

Expressa em uma equação, a demanda de $ P $ por uma determinada velocidade $ v $ é: $$ P = \ frac {D \ cdot v} {\ eta_ {Prop}} = \ frac {\ rho \ cdot v ^ 2 \ cdot S_ {ref} \ cdot c_D \ cdot v} {2 \ cdot \ eta_ { Prop}} \ rightarrow v = \ sqrt [\ Large {3} {}] {\ frac {2 \ cdot P \ cdot \ eta_ {Prop}} {\ rho \ cdot S_ {ref} \ cdot c_D}}

Se você quer voar rápido com melhor eficiência, você precisa aumentar a velocidade mínima - note que a velocidade de pouso de muitos aeronave de pistão rápido foi de cerca de 100 mph. Agora você precisa de uma longa pista, e para operação em mau tempo ou em infraestrutura noturna para abordagens instrumentadas, e você acabará em aeroportos onde o combustível de turbina é fácil de obter e barato , mas o pistão será difícil de encontrar e caro .

Assim como todo maquinário caro, você precisa usá-lo com frequência para justificar a despesa. Agora o seu custo de combustível irá influenciar, e fará com que o motor do pistão não seja atraente.

As aeronaves de pistão rápido foram construídas apenas enquanto as turbinas ainda não estavam disponíveis. Assim que as turbinas surgiram, todos os projetos de pistão rápido estavam obsoletos. E a aerodinâmica no início dos anos 1940 já estava muito avançada; engenheiros na época construíam aviões que seriam impossíveis de projetar com os engenheiros de hoje. Naquela época, eles tinham aviões totalmente controlados manualmente no ar quando hoje todos se recusavam a fazê-lo sem impulsionadores hidráulicos a apenas metade a velocidade de vôo. Eles poderiam projetar canais de resfriamento que realmente aumentaram o empuxo , uma arte que está (quase) perdida hoje.

Um pistão significa uma hélice e uma hélice é mais eficiente em altitudes mais baixas e muito menos eficiente em altitudes mais altas (isso é parte do motivo pelo qual existem propulsores de passo variável). Mas o inverso aplica-se a jatos, e é por isso que você não vê jatos voando por volta de 5000 pés.

Um motor de pistão é bastante complexo e tem algumas partes móveis que estão se movendo de uma forma um tanto violenta. Um pistão muda de direção a cada curso, e a combustão que aciona cada curso é uma força e propósito diferente da de um motor a jato. Essas dinâmicas mudam um pouco com o tipo de motor (um motor rotativo é diferente de um motor em linha), mas ainda requer uma combustão para forçar um pistão a empurrar uma hélice para conduzir a aeronave. A mecânica é muito mais complexa do que um motor a jato (que basicamente apenas traz ar para dentro, comprime-o, acende-o para Bernoulli e o usa para girar os compressores [normalmente]). (Encontrei algumas animações engenhosas no link )

Além disso, hélices e jatos movem um avião de forma diferente. Uma hélice não é diferente de qualquer outro aerofólio. Seu principal modo de movimento é diminuir a pressão de um lado, causando movimento em direção a essa pressão mais baixa. Um adereço parece um grande fã, mas a maior parte de seu movimento é puxar a aeronave. No entanto, um jato funciona empurrando a aeronave. Devido a essa diferença, uma hélice pode atingir sua limitação de desempenho superior a uma velocidade menor do que a de um jato. Novamente, o inverso se aplica e um jato pode atingir seu limite de desempenho mais baixo em uma velocidade menor que a do propulsor. Isso permite que um motor de turbina voe mais rápido.

Por último, um motor a pistão provavelmente pesará mais do que um motor de turbina comparável. E em um avião, o peso faz diferença em praticamente tudo.

Se você quer uma aeronave de propulsão rápida, é muito mais fácil usar um motor turboélice do que um motor de pistão grande.

• o turboélice é mais leve e mais compacto
• produz menos vibração
• produz menos ruído
• é mais confiável (a contagem de peças em movimento cai de milhares para dezenas = menos para dar errado)
• é mais fácil construir um turboélice de alto desempenho. Os últimos motores de pistão da Segunda Guerra Mundial operavam no limite do que era possível na época. Eles precisavam de um combustível especial de alta octanagem para evitar a detonação (e mesmo assim, os contra incêndios eram um pouco comuns, por exemplo, no Griffon).